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35KV地鐵設(shè)計(jì)論文

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地鐵用35 kV交流電力電纜結(jié)構(gòu)與參數(shù)選擇分析
田勝利
摘 要：本文結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，分析了地鐵供電系統(tǒng)35 kv交流電力電纜結(jié)構(gòu)及性能，介紹了導(dǎo)線及線芯截
面、電纜絕緣水平、導(dǎo)體屏蔽及金屬屏蔽層截面、電纜及阻燃類別等項(xiàng)參數(shù)選擇并提出選擇建議，對(duì)電纜選擇設(shè)
計(jì)有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞： 地鐵；35kv電纜；結(jié)構(gòu)參數(shù)；選擇；分析
Abstract：With reference tO practical project，the article analyzes the SUalcture and characteristics of 35kV power cable
for po wer supply system in M etro，introduces the parameter selection in several aspects i．e．conductor an d cross section，
cable insulation level，cross section of conductor shielding layer，cable an d types of an ti-fire，raises the recommendations
for selection．It has some certain referencing value for selection an d design of power cable．
Key words：Metro；35kV po wer cable；structure and parameter；selection；analysis
中圖分類號(hào)：U231+．8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1007．936X(2003)04-0038．03
1 前言
35 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜以其導(dǎo)體工作
溫度高、載流量大、抗老化、耐熱性能好等特點(diǎn)而
廣泛應(yīng)用于地鐵工程。但目前國(guó)家對(duì)35 kV電力電
纜僅有性能指標(biāo)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)標(biāo)GB12706—91對(duì)
35 kV電力電纜做了一般規(guī)定，有些技術(shù)參數(shù)尚需
根據(jù)地鐵的特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，合理選取，以滿足
地鐵運(yùn)行安全要求。
2 電纜結(jié)構(gòu)及其參數(shù)的選擇
2．1 導(dǎo)體及其線芯截面的選擇
圖1 35 kV單芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜通用結(jié)構(gòu)圖
作者簡(jiǎn)介： 田勝利(1964-)，男，河南人， 中鐵電氣化勘
測(cè)設(shè)計(jì)研究院， 高級(jí)工程師， 天津300250， 電話：
022．26020838。
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電纜導(dǎo)體可選擇GB／T3956標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的第1
種、第2種、第5種和第6種導(dǎo)體，第1種為實(shí)心
導(dǎo)體，第2種為絞合導(dǎo)體，第5種和第6種為軟線
導(dǎo)體。
根據(jù)地鐵電纜載流大，電阻要求小的特點(diǎn)，建
議采用無氧銅桿拉制的多股圓形銅線絞合緊壓成
型導(dǎo)體，其中銅桿氧含量不大于10 ppm，緊壓系
數(shù)應(yīng)不小于0．9，導(dǎo)體表面光滑、無油污、無毛刺
以及凸起或斷裂的單線。
導(dǎo)體總截面滿足：
(1)對(duì)于較長(zhǎng)距離的大電流回路，應(yīng)按經(jīng)濟(jì)
電流密度法選擇線芯截面，即電纜的線芯截面可由
下式確定：A=IglJ ．
式中：厶為正常時(shí)最大持續(xù)工作電流，A；‘，為經(jīng)
濟(jì)電流密度， 。
(2)在持續(xù)工作電流及最大工作電流作用下，
電纜線芯的最高額定溫翩℃；
(3)在最大短路電流作用時(shí)間內(nèi)，電纜線芯
的最高允許溫度為2 500℃；
⋯
(4)線路末端電壓損失不覷。
2．2 電纜絕緣水平的選擇
電纜的絕緣厚度一般按絕緣的工頻和沖擊強(qiáng)
度的平均值分別計(jì)算確定，取其大者。
創(chuàng)|E
式中：t為絕緣厚度，lluIl；V為承受電壓，kV；E
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地鐵用35kV交流電力電纜結(jié)構(gòu)與參數(shù)選擇分析 田勝利 2003年第4期
為設(shè)計(jì)破壞強(qiáng)度，kV／mm。
實(shí)際電纜設(shè)計(jì)中，電纜承受工頻電壓值Vac和
工頻電壓最低破壞強(qiáng)度玩c ，求出絕緣厚度k：以
及由承受雷電沖擊電壓值 衄和雷電沖擊電壓最
低破壞強(qiáng)度EL cimp)求出絕緣厚度timp。取二者的絕
緣厚度作為電纜的絕緣厚度。
電纜 值的選擇，根據(jù)GB12706．1．91的規(guī)定，
額定電壓為35 kV 的電纜分為兩類，第1類，
為21 kV，適用于單相接地故障時(shí)間每一次一般不
大于1 min的系統(tǒng)，亦可用于最長(zhǎng)不超過8 h，每
年累計(jì)不超過125 h的系統(tǒng)，絕緣材料的厚度為
9．3 mill：額定電壓為35 kV的第1I類電纜， 為
26 kV，適用于接地故障更長(zhǎng)的系統(tǒng)，和對(duì)電纜絕
緣性能要求較高的場(chǎng)合。在GB12706．3—91中規(guī)定
了絕緣材料的厚度為10．5 mill。
電纜絕緣屏蔽層目前存在可剝離和不可剝離
兩種。不可剝離絕緣屏蔽非金屬半導(dǎo)電層與絕緣線
芯緊密結(jié)合，電場(chǎng)分布均勻，比可剝離絕緣屏蔽具
有更高的安全性，但其施工難度高。
考慮到國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平、原料采購(gòu)、
管理模式等問題，建議地鐵35 kV 電力電纜選用
26／35 kV不可剝離半導(dǎo)電屏蔽層的電纜比較穩(wěn)妥。
2．3 導(dǎo)體屏蔽及金屬屏蔽層截面的選擇
根據(jù)GB／T12706．3—91規(guī)定，額定電壓 為
1．8 kV以上的電纜應(yīng)有導(dǎo)體屏蔽和絕緣屏蔽，導(dǎo)體
屏蔽應(yīng)為擠包的半導(dǎo)電層。對(duì)于地鐵35 kV交聯(lián)聚
乙烯絕緣電纜，除了要有導(dǎo)體屏蔽外，還要有金屬
屏蔽。
金屬屏蔽有銅絲屏蔽和銅帶屏蔽兩種結(jié)構(gòu)，銅
絲屏蔽由疏繞的軟銅線組成，其表面應(yīng)用反向銅絲
或銅帶扎緊；銅絲屏蔽的標(biāo)稱截面分16、25、35、
50mill 4種，應(yīng)根據(jù)故障電流容量要求選用。
金屬屏蔽層的作用，一方面是彌補(bǔ)半導(dǎo)電層屏
蔽的不足，另一方面則是作為事故電流的通路。在
中性點(diǎn)接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流要
從金屬屏蔽層流過，為了不至于將金屬屏蔽層燒
損，或使金屬屏蔽層的溫度不超過其內(nèi)外側(cè)材料的
最高耐受溫度，要合理地選擇金屬屏蔽層的截面。
在地鐵供電系統(tǒng)35 kV 側(cè)中性點(diǎn)是經(jīng)小電阻
接地的，發(fā)生單相短路時(shí)，不計(jì)設(shè)備阻抗，短路電
流可用以下公式計(jì)算：
Ia=35／1．732 (風(fēng)+吼)
式中：，d為單相短路電流，leA；Re為中性點(diǎn)接地電
阻(可調(diào)分級(jí)值為19，25，39 Q)； 為系統(tǒng)接地
電阻，取0．5 Q。 ‘
單相短路電流一般限制在1 000A以內(nèi)。
在地鐵工程中，35 kV電纜通常選用單芯電纜，
發(fā)生兩相、三相短路的概率是很小的。
在工程中應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)繼電保護(hù)的配置情況和
所考慮的不同故障下的短路容量，在設(shè)計(jì)中進(jìn)行計(jì)
算校核。
① 單相接地，100 ms差動(dòng)保護(hù)跳閘，故障電流
流過金屬屏蔽層時(shí)，金屬屏蔽層的截面大于2 mill ，
可以滿足要求。
② 單相接地，3 S過流保護(hù)跳閘，故障電流流
過金屬屏蔽層時(shí)，金屬屏蔽層的截面大于l0、5 mill ，
就可以滿足要求。
③ 單相接地，接地電阻短接故障，100 ms差動(dòng)
保護(hù)跳閘，當(dāng)主變壓器容量為31．5 MVA時(shí)，單相
接地故障電流將近5 000 A，金屬屏蔽層的截面大
于10．5 mill ，仍可以滿足要求。
根據(jù)以上的分析，系統(tǒng)在不同的工況下發(fā)生單
相接地故障時(shí)，對(duì)金屬屏蔽層截面的要求是不同
的。在地鐵工程中，建議35 kV電纜金屬屏蔽層截
面選定為16 mill 。
2．4 電纜阻燃類別的選擇
在GB12666．5—90《成束電線電纜燃燒試驗(yàn)方
法》中，對(duì)電纜試樣的根數(shù)，按成束電纜每米長(zhǎng)度
中所含非金屬材料的不同體積， 分為A類、B類、
C類三種類型。
n(S—S )
V = 一
1 00O
式中：，l為電纜根數(shù)，根； 為按試樣類別確定的
每米成束電線電纜試樣所含非金屬材料的總體積，
A類取7．0 L／m，B類取3．5 L／m，C類取1．5 L／m；
為一根試樣橫斷面的總面積，mill ；S 為一根試
樣橫斷面中金屬材料的總面積，mill 。
地鐵隧道內(nèi)每側(cè)一般有3～5回35 kV電纜。對(duì)
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電-~4g鐵道 2003年第4期
于截面為300111／11 和150111／11 的35kV單芯電纜，
每米長(zhǎng)度所含非金屬材料的總體積，超過了7 L。
所以，地鐵用35 kV電纜應(yīng)選擇A類阻燃電纜。
2，5 低煙無鹵高阻燃防水層
地鐵電纜的一般要求為低煙、低毒、防水。根
據(jù)調(diào)研，采用阻燃無紡布+無鹵低煙隔氧高阻燃防
水內(nèi)護(hù)套結(jié)構(gòu)，可滿足此要求。阻燃無紡布帶既作
為襯層保護(hù)絕緣，同時(shí)具有阻燃作用。無鹵低煙隔
氧高阻燃防水內(nèi)護(hù)套既具有良好的阻燃性能，能滿
足電纜達(dá)到A 類成束燃燒阻燃要求，又具有優(yōu)異
的防水效果。
無鹵隔氧層防水內(nèi)護(hù)套材料是由阻燃聚烯烴
內(nèi)護(hù)套料添加了大量的含有結(jié)晶水的阻燃劑
AI(OH)3、Mg(OH)2，消煙劑，經(jīng)特殊配方精密混
煉加工而成。其阻燃劑在電纜燃燒時(shí)會(huì)釋放結(jié)晶
水，吸收大量的熱量，同時(shí)，脫水反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量
水蒸汽，它可以稀釋可燃?xì)怏w，從而阻止燃燒。根
據(jù)試驗(yàn)證明，具有無鹵低煙高阻燃防水層結(jié)構(gòu)的電
纜成束燃燒40 min后發(fā)現(xiàn)，無鹵隔氧層防水內(nèi)護(hù)
套已經(jīng)結(jié)成一層殼，這層殼能阻止火焰進(jìn)入絕緣內(nèi)
部，很好地起到阻燃作用。并且無鹵隔氧層防水內(nèi)
護(hù)套材料中的消煙劑能保證此電纜燃燒時(shí)透光率
達(dá)到較為理想的效果。
該結(jié)構(gòu)良好的防水效果是因?yàn)闊o鹵隔氧層防
水內(nèi)護(hù)套材料的主要成分是聚烯烴，聚烯烴為非極
性高分子，而水為極性分子，根據(jù)極性相溶理論，
水分子很難通過聚烯烴結(jié)構(gòu)進(jìn)入電纜的內(nèi)層；再就
是與含鹵的PVC護(hù)套料相比，聚烯烴結(jié)構(gòu)更為緊
密，從而防水效果也比用含鹵的阻燃PVC護(hù)套料
做隔氧層的電纜好。
2．6 電綾鎧裝材料的選擇
單芯電纜的鎧裝一般非磁性材料。目前常用的
非磁性材料有銅帶和不銹鋼帶。由于銅帶比不銹鋼
帶軟，用銅帶鎧裝的電纜的彎曲性能較好，施工中
也更便于敷設(shè)，一般比較常用。
在26，35 kV單芯交聯(lián)電纜內(nèi)外護(hù)套間繞包無
鹵高阻燃帶+銅帶+無鹵高阻燃帶結(jié)構(gòu)用于防鼠。
銅帶能很好地防止老鼠、白蟻對(duì)電纜的破壞。同時(shí)
銅帶還有效地隔絕了內(nèi)外護(hù)套，提高了電纜的阻燃
性能。
2．7 低煙與無鹵性能
對(duì)于低煙，在GB／T17651．98標(biāo)準(zhǔn)中作了規(guī)定，
即試驗(yàn)得到的透光率超過6o％時(shí)，才可稱為低煙。
電纜燃燒氣體中的鹵酸相當(dāng)含量小于5 mg／g時(shí)，
滿足低煙的標(biāo)準(zhǔn)，即只有無鹵產(chǎn)品才能滿足低煙的
標(biāo)準(zhǔn)。低鹵產(chǎn)品燃燒時(shí)煙氣透光率一般在
30％一50％之間，達(dá)不到低煙標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)為低煙
無鹵阻燃電纜或低鹵阻燃電纜。
對(duì)于低煙無鹵阻燃電纜的檢驗(yàn)，一般采用PH
值和電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)，燃燒時(shí)逸出氣體的Ph值應(yīng)不小
于4．3，電導(dǎo)率應(yīng)不超過10 tS／mm，透光率應(yīng)不小
于6o％；對(duì)于低鹵阻燃電纜，燃燒時(shí)鹵酸氣體的含
量一般取不大于100 mg／g，透光率一般取不小于
3O％ 。
建議在地鐵35 kV電纜外護(hù)套采用低煙、無鹵
阻燃材料，例如：聚烯烴。
2．8 防紫外線與防白蟻性能
關(guān)于電纜的防紫外線要求， 目前無相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。
經(jīng)調(diào)研一般可采用黑色聚氯乙烯作外護(hù)套的電纜，
即可達(dá)到防紫外線要求。如有特殊要求，可采用高
密度聚乙烯加炭黑材料的護(hù)套。
對(duì)于電纜護(hù)套的防白蟻要求，可在配方中加入
對(duì)人類和環(huán)境無害的化學(xué)添加劑。
3 電纜結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)選擇建議
3．1 電纜主要結(jié)構(gòu)要求
3，1，1 導(dǎo)體
采用第2類導(dǎo)體，多股圓形銅線絞合緊壓成
型，緊壓系數(shù)不低于0．9。
3．1，2 導(dǎo)體屏蔽
導(dǎo)體表面應(yīng)有均勻擠包的交聯(lián)型半導(dǎo)電層作
為導(dǎo)體屏蔽層。半導(dǎo)電層表面應(yīng)光滑，無明顯絞線
凸紋，不應(yīng)有尖角 顆粒、燒焦和擦傷的痕跡。
3，1，3 絕緣
絕緣采用交聯(lián)聚乙烯(XLPE)材料。 為
26 kV，絕緣標(biāo)稱厚度為1O．5一I'I'I1TI。
3．1，4 絕緣屏蔽
導(dǎo)體屏蔽層為交聯(lián)型半導(dǎo)電層，均勻擠包于絕
緣表面。半導(dǎo)電層表面應(yīng)光滑，不(下轉(zhuǎn)第46頁(yè))
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(6)存貯單元。通過FLASH 存貯卡存貯語
音信號(hào)、時(shí)間、設(shè)備編號(hào)等數(shù)據(jù)信號(hào)，能在線擦寫
10萬次以上， 可脫機(jī)保存， 斷電后數(shù)據(jù)不丟失。
3 技術(shù)指標(biāo)及優(yōu)勢(shì)
3．1 固態(tài)語音錄放儀的主要技術(shù)參數(shù)
固態(tài)語音錄放儀的主要技術(shù)參數(shù)見表1。
表1 固態(tài)語音錄放儀的主要技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目 參數(shù)
頻率響應(yīng)，Hz
信噪比／dB
失真度
信號(hào)輸入方式
平衡輸入阻抗／l【
輸入信號(hào)幅度／dB
音頻輸出電平／dB
聲控起控靈敏度／dB
時(shí)鐘走時(shí)精度，秒厚度
錄音時(shí)間記錄
直流供電電源／v
交流供電電源／v
最大工作電流
(直流24 V情況下)／mA
最大放音功率／W
站號(hào)設(shè)置范圍
電話遙控接口
工作溫度fC
相對(duì)濕度
大氣壓力／kPa
3．2 固態(tài)語音錄放儀的特點(diǎn)
(1)技術(shù)先進(jìn)，免維護(hù)，適用于惡劣環(huán)境。
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
整機(jī)采用單片機(jī)技術(shù)，語音壓縮采用DSP數(shù)
字信號(hào)處理器，錄音采用可插拔大容量固態(tài)閃存IC
卡存貯語音信號(hào)，信號(hào)存取通過數(shù)據(jù)線傳輸，無磁
頭、磁帶，硬盤等機(jī)械機(jī)構(gòu)， 不怕震動(dòng)，不磨損。
維護(hù)量少。
(2)信息保存時(shí)間長(zhǎng)。存貯卡內(nèi)信息可保存10
年以上，保證信息不丟失。
(3)錄音內(nèi)容全面。錄音的同時(shí)記錄錄音的起
始時(shí)間、錄音的時(shí)長(zhǎng)、站段編號(hào)、錄音通道號(hào)，回
放時(shí)同步重顯。
(4)調(diào)查取證方便。錄音內(nèi)容可遙控查詢、本
地查詢； 可更換存貯卡，提取錄音證據(jù)。
(5)安裝方便。錄音線可選配水晶頭、航空插
頭等，電源可用220 V交流、110 V直流、24 V直
流等，安裝時(shí)一插即可。可與各種新型、老式設(shè)備
連接。
4 結(jié)束語
固態(tài)語音錄放儀是針對(duì)鐵路環(huán)境研制開發(fā)的，
它的功能特點(diǎn)很適合鐵路電力調(diào)度使用。目前，全
路范圍內(nèi)的行車調(diào)度有大約80％ 的站段采用固態(tài)
語音錄放儀進(jìn)行電調(diào)錄音，現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好，得
到了用戶的一致好評(píng)。固態(tài)語音錄放儀值得在鐵路
電力調(diào)度中推廣應(yīng)用。
收稿日期：2003-04-14
(上接第40頁(yè))應(yīng)有尖角、顆粒、燒焦和擦傷的
痕跡。導(dǎo)體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽采用三層共擠的
方式生產(chǎn)。
3．1．5 防水層
阻燃無紡布+無鹵低煙隔氧高阻燃防水內(nèi)護(hù)
套結(jié)構(gòu)(或徑向防水層結(jié)構(gòu)無堿玻璃布帶+高阻燃
防水內(nèi)護(hù)套)，主要材料：無鹵、高密度防水聚烯烴。
3．1．6 金屬屏蔽
金屬屏蔽層采用銅絲疏繞加銅帶重疊繞包，供
電系統(tǒng)短路電流為1 000 A／3 S。
3．1．7 防鼠阻燃鎧裝層
其結(jié)構(gòu)為依次重疊繞包兩層無堿玻璃布帶+一
層銅帶+兩層無堿玻璃布帶。無堿玻璃布帶厚度為
0．2 mln，銅帶厚度為0，12 Im 。
3．1．8 電纜彎曲半徑
電纜最小彎曲半徑不大于l5—20 D (D為電纜
直徑)。
3．2 防紫外線電纜外護(hù)套要求
電纜外護(hù)套選用黑色低煙、無鹵耐候聚烯烴護(hù)
套材料，護(hù)套材料具有良好的抗日照、紫外線老化
性能。
3．3 電纜燃燒性能要求
(1) 電纜燃燒時(shí)的阻燃性能滿足GB
1 2666．5．90規(guī)定的A類成束電纜垂直燃燒試驗(yàn)。
(2)電纜燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙濃度其最小透光率
不小于60％。
(3)電纜護(hù)套燃燒時(shí)產(chǎn)生的鹵酸氣體逸出量
不大于5 mg／g。
(4)電纜護(hù)套燃燒時(shí)pH 值和電導(dǎo)率測(cè)試按
GB／T17650．2規(guī)定，PH值不小于4．5， 電導(dǎo)率不大
于5 pSlmm。
收稿日期：2003．07434

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